一种过渡金属氧化物催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，活性成分为Ce、Mn、Co、Ni四种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体。本发明专利技术的过渡金属氧化物催化剂，适用于挥发性有机废气的治理，长期运行的性能稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于挥发性有机物(VOCs)治理领域，具体涉及一种催化燃烧挥发性有机物的催化剂，在较低温度下实现对常见VOCs的彻底消除。
技术介绍
挥发性有机物是生成PM2.5和臭氧的重要前驱物，这直接导致光化学烟雾、加重灰霾，有些更直接危害人体健康。根据中国环境规划院的研究结果，2020年我国VOCs的排放量或逾2000万吨，是我国大气污染的元凶之一，重点排放行业包括石油炼制和储运销、化工、工业表面涂装、包装印刷、制药等。针对VOCs所引发的环境问题，我国相继修订了《大气污染防治法》，制订了“大气十条”，加强对VOCs的治理，2016年北京、上海、江苏、安徽、湖南等几省市相继实行了相关行业VOCs排污收费，VOCs的治理市场将迎来爆发式增长。由于可以达到极高的去除效率、所需要的反应温度要远低于传统高温焚化技术，催化氧化技术在VOCs治理领域已经得到了广泛的应用。然而一般商用的催化剂还是需要在300-500℃的温度条件下才能够完全清除掉VOCs，要达到如此高的温度还是需要消耗大量能源，针对一些VOCs浓度较低的情况下更是如此；同时针对一些含氮的挥发性有机物，如丙烯腈，在高温下的催化清除容易产生NOx等二次污染物，因此开发在更低温度下工作的催化剂应对节能减排，具有极为明显的经济效益和社会效益。贵金属催化剂在催化处理VOCs上，具有很好的低温反应活性，如常用到的Au、Pt、Pd等贵金属成分，这类催化剂都得到了一些实际的应用。但是贵金属成分的存在使得催化剂的单价居高不下，且催化剂容易中毒失活，这些缺陷限制了催化氧化技术的大面积推广。近年来具有高活性的过渡金属氧化物催化剂不断出现(如中国专利CN101015806A，中国专利CN105080529A)。活性金属氧化物具有吸附和活化空气中的氧分子和VOCs分子的作用，可以促进氧气与VOCs的氧化还原反应，从而实现对VOCs的高效清除。中国专利CN105289584A已发现过渡金属氧化物催化剂不仅具有非常好的低温处理VOCs的效果，并且能够有效抵抗卤素毒化。同时，过渡金属氧化物经过复合，不同成分之间的催化性能可以表现出协同作用，所得到的催化剂的整体性能可以进一步提升(中国专利CN102513122A)。过渡金属氧化物催化剂所具有的上述特性以及廉价易得的优势为我们开发低成本兼具高活性的催化剂提供了一条思路。尽管如此，当前公布的复合型催化剂，多为二元复合或三元复合，四元复合的催化剂还较为少见，多元的复合可进一步开发过渡金属催化剂的性能潜力。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种过渡金属氧化物催化剂，其能在较低温度下高效去除多种挥发性有机物，且性能稳定性好。本专利技术的目的采用以下技术方案实现：一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分；所述活性成分为Ce、Mn、Co、Ni四种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体。本方案中优选的方案为，所述过渡金属氧化物催化剂的比表面积为1-500m2/g。本方案中优选的方案为，所述蜂窝状陶瓷载体为堇青石、氧化铝、碳化硅中任意一种材料制备而成的。本方案中优选的方案为，所述过渡金属氧化物催化剂中，活性成分的含量为3-20wt％。本方案中优选的方案为，所述活性成分中，Ce的氧化物的含量为20-70wt％，Mn的氧化物的含量为10-50wt％，Co的氧化物的含量为5-20wt％，Ni的氧化物的含量为5-20wt％。本专利技术还公开了上述过渡金属氧化物催化剂在去除挥发性有机物方面的应用，具体为：以甲苯、丙烯腈、丁二烯、异丙醇、丙酮作为模拟消除VOCs的对象，催化消除反应在固定床气体催化反应器中进行。通入VOCs与空气的混合气，其中VOCs的浓度为1000mg/m3，反应气体体积空速介于3000h-1-50000h-1，FID检测反应器进出口VOCs的含量，热电偶温度计检测混合气体与催化剂接触前后的温度。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所提供的催化剂具有较高的低温催化氧化活性。在200℃时，对丙烯腈、异丙醇的去除率超过99％，且在运行800小时后仍能保持性能稳定；在260℃时，对甲苯的去除率超过99％。该催化剂所需要的去除常见VOCs的温度远低于传统焚化技术所需要的高温，并且通过回收部分VOCs被催化氧化所释放的能量，在一定条件下可以实现整个处理系统的能量自持，无需外加能源，有效降低了处理VOCs所需要的能耗及二氧化碳的排放量。2.本专利技术提供的催化剂，其活性成分为过渡金属氧化物的复合物，无需使用任何贵金属，原料廉价易得，显著降低了催化剂的成本。3.本专利技术提供的催化剂，其活性组分负载于蜂窝状陶瓷载体上，运行压降低且能保持长期稳定的催化效果，具有很好的工业应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1中的催化剂对异丙醇的去除率随温度的变化曲线图；图2为本专利技术实施例1中的催化剂去除异丙醇的耐久性测试的趋势图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：以下实施方式中，Co-Mn表示活性成分为Co与Mn两种过渡金属氧化物的二元复合催化剂，Co-Ni-Mn-Ce表示活性成分为Co、Ni、Mn、Ce四种过渡金属氧化物的四元复合催化剂，Co-Ce、Co-Mn-Ce和Ni-Mn-Ce表示的含义类似。实施例1一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，所述活性成分为Ce、Mn、Co、Ni四种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体，四种过渡金属的氧化物的质量比为1:1:1:3。对比例1一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，所述活性成分为Co、Mn两种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体，两种过渡金属的氧化物的质量比为1:1。对比例2一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，所述活性成分为Co、Ce两种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体，两种过渡金属的氧化物的质量比为1:1。对比例3一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，所述活性成分为Co、Mn、Ce三种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体，三种过渡金属的氧化物的质量比为1:1:2。对比例4一种过渡金属氧化物催化剂，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分，所述活性成分为Ni、Mn、Ce三种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体，三种过渡金属的氧化物的质量比为1:1:2。性能检测：1.取实施例1、对比例1-4中的催化剂，测试其分解异丙醇的性能，具体如下：以异丙醇作为模拟消除VOCs的对象，催化消除反应在固定床气体催化反应器中进行。通入异丙醇与空气的混合气，其中异丙醇的浓度为1000mg/m3，反应气体体积空速介于3000h-1-50000h-1，FID检测反应器进出口异丙醇的含量，热电偶温度计检测混合气体与催化剂接触前后的温度，所得结果见表1及图1。其中T99表示催化剂对异丙醇的分解率达到99％时系统的温度。2.取实施例1中的催化剂，分别测试其对丙烯腈、甲苯、丁二烯、丙酮等不同VOCs的催化性能，所得结果见表2。3.取实施例1中的催化剂，对其进行耐久性试验，以异丙醇为去除对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过渡金属氧化物催化剂，其特征在于，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分；所述活性成分为Ce、Mn、Co、Ni四种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属氧化物催化剂，其特征在于，包括蜂窝状陶瓷载体以及负载于载体上的活性成分；所述活性成分为Ce、Mn、Co、Ni四种过渡金属的氧化物纳米颗粒的混合物或者固溶体。2.如权利要求1所述的过渡金属氧化物催化剂，其特征在于，所述过渡金属氧化物催化剂的比表面积为1-500m2/g。3.如权利要求1所述的过渡金属氧化物催化剂，其特征在于，所述蜂窝状陶瓷载体为堇青石、氧化铝、碳化硅中任意一种材料制备而成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德志，
申请(专利权)人：广东俐峰环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44